1 Departament d’Enginyeria Hidràulica, Marítima i Ambiental. Universitat Politècnica de Catalunya. Jordi Girona 1, 3. D1 08034 Barcelona. tel: 93 401
64 76. e-mail: vide@grahi.upc.edu
2 Departament de Medi Ambient i Ciències del Sòl. Universitat de Lleida. Av. Alcalde Rovira Roure, 177. 25198 Lleida
Artículo recibido el 21 de mayo de 2004, recibido en forma revisada el 4 de noviembre de 2004 y aceptado para su publicación el 16 de febrero de 2005. Pueden ser remitidas discusiones sobre el artículo hasta seis meses después de la publicación del mismo siguiendo lo indicado en las “Instrucciones para autores”. En el caso de ser aceptadas, éstas serán publicadas conjuntamente con la respuesta de los autores.
INTRODUCCIÓN
El río Tordera es uno de los cursos de agua no regulados de Catalunya con más interés como espacio natural. Se trata de un río con un fun-cionamiento hidrológico marcadamente medite-rráneo que presenta además un comportamiento muy dinámico como curso fluvial: en él se dan movimientos del fondo de tipo transitorio durante las avenidas, movimientos del fondo de tipo per-manente o sea manifestados a largo plazo, despla-zamientos laterales con erosión de orillas, etc. La cimentación de muchos puentes (p.e. el de la ca-rretera N-II en Tordera, fig.1), la historia de otros que sucumbieron a las crecidas (el de la autopista A7 en 1971, en la desembocadura de la riera de Santa Coloma), el estado de otras obras en el cauce (tan socavadas como la estación de aforos de Can Simó) o la incisión de un brazo en la isla de Tor-dera son ejemplos de estas variaciones (fig.1). El río es finalmente la principal fuente de sedimento que alimenta su frente deltaico y toda la costa y sus playas desde Badalona hasta Malgrat de Mar.
La cuenca del Tordera tiene un área de 894 km2
y se localiza al NE de las Cordilleras Costeras Cata-lanas (fig. 1). La Tordera drena parte de los macizos del Montseny y de las Guilleries en su parte norte, y parte de los macizos del Montnegre y Blanes en su parte sur. El curso principal circula por las fosas del Vallès y parte de la Selva. La mayor parte de la cuen-ca tiene una litología formada por rocuen-cas plutónicuen-cas.
El clima de la cuenca se clasifica como Mediterrá-neo subhúmedo de carácter marítimo (Sala, 1978). Las precipitaciones van desde los 1000 mm en los sectores de montaña a los 600 mm en la costa. La aportación hídrica media anual (1967-1998) es de 178 hm3, lo que significa un caudal medio de 5,6
m3/s.
Este artículo presenta una síntesis de la in-vestigación realizada entre los años 1996 y 2002 sobre el comportamiento dinámico del río, en par-ticular sobre su incisión en las últimas décadas y sobre su movilidad transitoria durante las crecidas, aspecto este último que se ha estudiado a partir de trabajo de campo.
METODOLOGÍA Datos topográficos
Para estudiar la evolución con el tiempo del perfil longitudinal del río Tordera y cuantificar la erosión a largo plazo o incisión que ha ocurrido, se han tomado datos de la cota del fondo del río en distintos puntos y años. En informes antiguos, mapas, planos, inventarios, etc. se han encontrado 4 datos de desniveles entre varias obras y el mar que datan de 1910, 7 datos de cotas de 1915, 10 datos de 1924, 34 datos de los años 1970-80 y 6 datos de cotas del río bajo los puentes en 1973. Por otra parte hay topografías más precisas, con centenares de datos del perfil, que son de las siguientes fechas: anterior a 1987, anterior a 1996 y del año 2002.
Resumen:
Se presenta en este trabajo los datos de campo y análisis que prueban el comportamiento dinámico del río Tordera. El aspecto más llamativo es el descenso general (incisión) del cauce del río, del orden de 3m y a lo largo de unos 15 km, en los últimos 40 años. Se muestra con datos de campo que la erosión general transitoria del cauce arenoso puede ser del orden de metros y que el lecho presenta grandes dunas.
Palabras clave: erosión general, incisión, erosión transitoria, extracción de áridos.
Se ha tenido el mayor cuidado posible en extraer correctamente la información topográfica de estas fuentes, de escalas y orígenes distintos. Para ello, se ha buscado siempre la cota más baja del cauce, interpretando las líneas de nivel o los datos de cota. Asimismo se han usado los puentes del río Tordera como puntos fijos para obtener las distancias, a fin evitar desviaciones debidas a im-precisiones de los planos. Con ello, se ha definido una coordenada a lo largo del río con origen en el mar.
Esta información ha permitido dibujar el per-fil longitudinal del tramo de estudio sobre el que se ha analizado el proceso de incisión del lecho del río. Además de estas fuentes cartográficas, se han llevado a cabo observaciones de campo bus-cando evidencias de la erosión ocurrida en el río Tordera en su tramo bajo, especialmente en cons-trucciones fijas como pilas de puente y estaciones de aforo.
Datos granulométricos
La granulometría de los cauces se ha analiza-do con varias campañas de muestreo. Allí analiza-donde no se ha apreciado una diferencia notable entre el material superficial del lecho y el que se encuen-tra bajo la superficie (sub-superficial), como por ejemplo en el tramo bajo del río desde la desembo-cadura de la riera de Santa Coloma hasta el mar, se han tomado muestras volumétricas de unos 40 kg de peso, a partir de la metodología propuesta por Church et al (1987).
En cambio, en los tramos donde se ha obser-vado la presencia de una coraza superficial más gruesa, como por ejemplo diversas barras activas entre Sant Celoni y Hostalric, se ha realizado un muestreo superficial por el método de conteo (o de Wolman, 1954), para determinar las caracterís-ticas de la coraza y un muestreo volumétrico (de unos 50 kg) del material que se encuentra bajo la superficie (Church et al., 1987).
Experimentación de campo y obtención de datos hidráulicos
Los restantes datos de campo que se usan en este estudio provienen de dos instalaciones total-mente diferentes. La primera son los testigos de carbón colocados en 5 secciones del tramo bajo del río Tordera los días 18 al 20 de junio de 1997 (fig.1). El tramo bajo presenta cauces aluviales anchos con apariencia de tener gran movilidad de fondo.
Se buscaron secciones con cauce bien definido, de fácil acceso y con referencias topográficas seguras. Una sección (la A) se tomó en una curva de fuerte curvatura. La altura de la columna del testigo de carbón que eventualmente haya des-aparecido tras el paso de una crecida se determina excavando el lecho hasta encontrar el carbón y usando la referencia topográfica para registrar su cota. La parte de columna desaparecida fue susti-tuida por el material aluvial del río durante el paso de la crecida e indica por tanto la magnitud de la erosión general transitoria máxima. Posteriormen-te hay que reponer la columna de carbón perdida hasta la cota del lecho (fig.2).
Figura 1. Localización y curso del tramo medio y bajo de río Tordera al norte de Barcelona y sur de Girona. En el mapa se indican los puntos de control de la dinámica flu-vial (granulometrías – 1-9 y testigos de carbón A-E) y los puntos de control hidrométrico (Can Simó y Can Serra).
Los días 8 al 10 de junio de 1999, dos años des-pués de su instalación, se realizó la primera campaña de localización de los testigos de carbón. A conti-nuación se repusieron las columnas de carbón hasta la superficie del lecho. Los días 23 al 24 de julio de 2002, se realizó la segunda campaña. La relación en-tre estas fechas y las avenidas se verá más adelante.
Figura 2. Principio de medida de la erosión transitoria por medio de testigos. El carbón ofrece la facilidad de ser re-conocido rápidamente por su color.
0 2.5 5 km N 7.5 10 1 4 3 2 7 5 Isla Tordera Can Simó Can Serra Testigos de carbón Granulometrías N MA R M E DI T E RR A NE O CATALUNYA MA R M E D I TE R R A NE O BARCELONA CUENCA DE LA TORDERA GIRONA A C B E D 9 8 6 ANTES DESPUES Erosión general transitoria
La segunda instalación son las estaciones de aforo de Can Simó y Can Serra (fig.1). La segunda, en la coordenada 10285, es una estación de aforos sin estructura hidráulica alguna, en lecho móvil y donde el material aluvial, como veremos, es esencialmente arenoso. En ella, se registra el nivel de agua por me-dio de un limnígrafo de boya. Se ha verificado el ce-ro de la estación (es decir el fondo del cauce, en lento proceso de incisión, como veremos), con relación a la boya. No se puede dar en esta estación el caudal circulante ya que no existe estructura. A principios de los años 90 se construyó la estación de Can Simó, como alternativa a la anterior y a poca distancia, en la coordenada 14800 m. Las cuencas de una y otra es-tación son 790 km2 y 802 km2, es decir sólo difieren
en un 1,5%. Can Simó tiene una estructura hidráulica consistente en una solera con cuatro niveles distintos (fig.5). Su ecuación de desagüe, para transformar los niveles en caudales, se ha obtenido a partir de los conocimientos existentes sobre estructuras de medida del caudal (Ackers et al, 1978) (la estructura es un vertedero rectangular de pared gruesa a cuatro niveles). Desde 1994 los datos de nivel en la estación se registran automáticamente.
Los datos de las estaciones de Can Simó y Can Serra se han revisado con el objetivo de iden-tificar los sucesos de crecida más importantes des-de 1994 hasta hoy. Las mayores crecidas, expresa-das en altura de agua máxima y en caudal, en Can Simó y en Can Serra se exponen en la tabla 1:
Tabla 1. Avenidas más importantes desde 1994 en las dos estaciones de aforo relevantes para el estudio de la erosión del lecho.
El dato de caudal máximo de las crecidas se relacionará con la erosión máxima observada con los testigos de carbón. Con ello se sigue la noción de que a mayor caudal circulante mayor erosión. Asimismo se debe cumplir que tras la avenida los niveles medios del fondo no hayan cambiado, aun-que se puedan encontrar en la sección transversal puntos de erosión y otros de sedimentación. Si esto se cumple, el nivel de fondo “básico” desde el que comienza la erosión transitoria es invariante. Por tanto, otras avenidas menores en el periodo estudiado probablemente no hayan alcanzado erosiones de la magnitud de la mayor del periodo.
Con ello la parte de columna de carbón perdida es efecto de la mayor crecida del periodo.
Con respecto a los testigos de carbón, entre junio de 1997 (instalación) y junio de 1999 (1ª campaña) el máximo nivel y el máximo caudal circulante por Can Simó fueron solamente 1,13 m y 77 m3/s el 18 de diciembre de 1997. En cuanto a
la segunda campaña, es de destacar que ha ocurri-do un suceso más importante, el del 16 de enero de 2001. En ambos casos estos caudales se deberán relacionar con las erosiones observadas en los testigos. Véase en la tabla 1 cómo los sucesos se clasifican de mayor a menor en el mismo orden en una y otra estación.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN Caracterización granulométrica
En la tabla 2 se recogen los datos más sig-nificativos de la composición granulométrica de los tramos medio y bajo del río Tordera: tama-ño característico (D50) y desviación típica (s =
÷(D84/D16)). Es de destacar el cambio tan notable
que se observa entre el quinto y el sexto punto de muestreo (coordenada 18160 m, Hostalric, fig.1): de grava acorazada se pasa a una mezcla de arena y grava sin acorazar (de ahí que no haya muestra superficial diferenciada a partir del sexto punto de muestreo). Este cambio vendría anunciado por el material sub-superficial de parecido tamaño en el quinto punto. El cambio debe estar relacionado con la aportación de los dos afluentes más impor-tantes del Tordera, ambos por la margen izquierda y suministradores de grandes cantidades de arena: Arbúcies en la coordenada 20790 m (con D50=2,2
mm) (Batalla, 1997; Batalla y Martín-Vide, 2001) y Santa Coloma en la coordenada 16260 m. La transformación coincide bien con la desemboca-dura del primero, aunque viene anunciada antes, concretamente desde la desembocadura de las rieras de Gualba y Breda.
Tabla 2. Datos granulométricos de los tramos medio y bajo del río Tordera. La coordenada es la distancia al mar por el eje del río (ver figura 1). “sup” significa muestra de material superficial y “sub” muestra de material bajo la superficie. Fecha Altura medida en Can Simó (m) Caudal calculado en Can Simó (m3/s) Altura medida en Can Serra (m) 10-X-1994 1,54 175 3,20 30-I-1996 1,94 308 4,35 8-XII-1996 1,52 171 2,68 16-I-2001 1,64 206 3,35 8-V-2002 1,48 158 2,49 Sección 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Coordenada (m) 34825 30770 27432 25585 22357 18160 14800 8580 2650 D50,sup (mm) 41,4 27,6 34,2 34,5 24,3 D50, sub (mm) 6,2 8,1 6,7 7,8 2,2 1,2 3,2 2,2 1,6 D50sup/D50sub(-) 6,7 3,4 5,1 4,4 11,3 s,sup (-) 1,8 1,9 2,1 1,8 1,8 s, sub (-) 6,2 5,6 5,7 8,1 2,9 3,8 3,9 4,2 4,3
En cuanto a la dispersión granulométrica, la coraza es francamente uniforme. Las arenas gruesas del tramo bajo son menos uniformes, pero un poco más que las gravas finas que hay deba-jo de la coraza en el tramo superior. El cociente D50superfic./D50sub es una medida del grado de
acorazamiento del lecho, que es máximo en el 5º punto de muestreo (coordenada 22357 m). Pro-bablemente, a continuación la incorporación del material de la riera de Arbúcies cambiaría de tal manera las proporciones entre uno y otro tipo de material (a favor del último) que desaparecería la continuidad de la coraza.
Erosión general e incisión del cauce
A través de los cambios del perfil longitudi-nal se presenta un análisis de la incisión ocurrida en el río Tordera. En la fig.3 se representan los 21 datos de 1910, 1915 y 1924 contra el perfil de 1996 (en línea continua), señalando también con líneas verticales los puentes y otras referencias. Los datos de 1996 se consideran a este respecto como datos recientes de calidad. La figura sirve como consta-tación del descenso del cauce del río Tordera en la parte baja durante el siglo XX. No se hace distin-ción entre las tres fechas de los datos usados en la figura, suponiendo por tanto un estado de equilibrio en aquellas décadas de 1910-1930. Por otro lado, en líneas generales, el perfil actual del río (y tam-bién el de equilibrio de 1910-24 a juzgar por los tres datos de la parte alta) cambia de pendiente de forma bastante clara alrededor del km 25 o 26. Sin embargo el de 1910-1924 sería aproximadamente una recta desde el mar hasta ese punto, mientras en 1996 el perfil en este sector es ligeramente cónca-vo. Por ello las máximas diferencias entre el perfil de equilibrio (1910-24) y el actual se dan en el cen-tro del tramo, entre el puente de la N-II (km 7) y el de la A7 (km 16), donde alcanzan unos 3 m.
Figura 3. Perfil longitudinal del río. Datos de la primera mitad de siglo XX (1910 a 1924) en comparación con el perfil más reciente. Las líneas verticales son puentes y es-tructuras existentes en la actualidad.
En el gráfico de la fig.4 se representan los restantes datos ”antiguos” desde 1973, contra el perfil de 1996 (en línea continua), usado de nuevo como referencia. Los datos del proyecto de 1987 se sitúan por encima de la línea de 1996 en el tra-mo medio y bajo (y por debajo del perfil de equi-librio de 1910-24). Esto indicaría que el proceso de erosión ha sido activo en el periodo 1987-1996. Los datos de 1973 se señalan con cuadrados en la fig.4 coincidiendo con las líneas verticales de los puentes: es interesante notar los descensos en el periodo 1973-87 registrados en los puentes.
Figura 4. Perfil longitudinal del río. Datos desde 1973 a 1996. Las líneas verticales son puentes y estructuras exis-tentes en la actualidad.
Para cuantificar este análisis, se ofrece la tabla 3. Para elaborarla, se traza la recta de me-nor error cuadrático de los datos de la fig.3, que representaría una estimación del perfil del fondo de equilibrio en los años 1910-1930 (para abre-viar diremos 1920). Con esta recta se deducen los descensos totales habidos hasta 2002 en cuatro puntos principales: puente de la carretera N-II, puente de Tordera, estación de Can Serra y puente de la autopista A7 (primera columna de la tabla 3). A continuación se anotan los descensos en los puentes entre 1920 y 1973, entre 1973 y 1987 y los descensos en el periodo de 1987 a 2002. Cada uno de estos últimos periodos es de 15 años. El puente de la carretera N-II data de hacia 1930 y el de la autopista A7 data de 1971.
En cuanto a la parte superior del río, la cota de 1973 es prácticamente la misma que la de 1987. Asimismo, se han representado los tres puntos de 1924 en esta zona (fig.4) para evidenciar que también la cota es la misma. Se concluye que en la zona alta no habría habido erosión hasta 1987 por lo menos. En cuanto a la parte inferior del río, los datos de la tabla 3 se pueden comparar con las siguientes observaciones de campo:
0 20 40 60 80 100 120 140 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Coordenada s (m) Cota sobr
e el nivel del mar (m)
1910 1915 1924 1996 Can Serra N-II A-7 Pertegàs 0 20 40 60 80 100 120 140 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Coordenada s (m) Cota sobr
e el nivel del mar (m)
1924 Sin fecha 1973 1986 1987 p 1987 1996 Can Serra N-II A-7 Pertegàs
a) La estación de aforos de Can Simó, construida a principios de los años 90, se encuentra hoy eleva-da 1,60 m sobre el cauce de aguas abajo, debido a la erosión general. Esta erosión general aguas abajo ha aumentado la altura del salto de agua en la estación, lo que ha contribuido a aumentar la erosión local al pie de la estructura (fig.5).
Figura 5. Foto de la estación de aforos de Can Simó el año 2002. Obsérvese la gran erosión local debida al salto de agua, inducido por la erosión general
b) La estación de Can Serra se asienta en una construcción antigua de 1898, cuya cimentación original se encuentra hoy a unos 3 m por encima del cauce. En el mismo lugar, la administración de aguas estimó un descenso del cauce del or-den de 1 m a lo largo de los años 70. Asimismo, analizando los datos entre 1986 y 2002 se dedu-ce un desdedu-censo medio del caudedu-ce de 0,57 m. c) El puente de la carretera N-II (construido no
más tarde de 1934) ofrece la evidencia más cla-ra de la incisión del río porque la distancia des-de la pila des-del puente propiamente dicha (distinta de su cimentación) hasta el cauce aluvial es de unos 2,5m (fig.6).
Figura 6. Erosión general del cauce aluvial en una de las pilas del puente de la carretera N-II entre los núcleos de Malgrat de Mar y de Blanes (2002).
Las incisiones totales observadas en el campo en el puente N-II y en Can Serra concuerdan bas-tante bien con las obtenidas independientemente a partir de información topográfica en la tabla 3. Las incisiones parciales en Can Serra en las últimas décadas (1.0 m y 0.57 m) podrían completar cohe-rentemente la línea que falta en dicha tabla.
Tabla 3. Descensos en el río Tordera (en metros) a lo largo del siglo XX en 4 puntos característicos. Se indican las diferencias de cota al cabo de distintos periodos, en puentes y estacio-nes de aforo, obtenidas a partir de datos topográficos.
Causas de la incisión
Son diversas las causas que permiten explicar el proceso de erosión general e incisión del tramo bajo del río Tordera. A continuación se identifican y discuten las principales. En orden cronológico los sucesos más importantes de la segunda mitad del s.XX son (Gutiérrez, 1997; Pedraza 1998):
∑ 1958: comienzan las extracciones de áridos (pequeños volúmenes porque la maquinaria es rudimentaria y la demanda pequeña).
∑ 1960-68: grandes extracciones de áridos, espe-cialmente hacia el final del periodo.
∑ 1962 (11 y 12-X): avenida que inunda Tordera, la primera importante desde 1943.
∑ 1965 (7 al 9-X): avenida con el máximo caudal registrado en Sant Celoni: 213 m3/s.
∑ 1968: la Comisaría de Aguas del Pirineo Orien-tal prohibe toda extracción de áridos en el cauce y cerca de él.
∑ 1968: comienzo de la construcción de la autopis-ta Barcelona-La Jonquera (A7).
∑ 1969: avenidas en abril (mayor) y octubre (me-nor).
∑ 1970-71: proyectos y obras numerosos de repa-ración y reposición de defensas, suscitados por las avenidas de 1969; entre ellos se estrecha el cauce aguas abajo del puente de la N-II.
∑ 1971 (20 y 21-IX): la mayor avenida que se recuerda en el río (ca 300 m3/s en Sant Celoni);
entre otros se pierde el puente de la autopista A7.
∑ 1971: para financiar los proyectos de reparación de defensas, se vuelve a dar permisos de ex-tracción de áridos, muy a menudo a cambio de colocación de escollera en las márgenes.
Localización 1920 - 2002 1920 - 1973 1973 - 1987 1987 - 2002
Puente N-II 2,5 0,4 1,7 0,4 Puente Tordera 3,1 0,3 1,8 1,0
Can Serra 2,9 - -
∑ 1972-75: extracción de áridos (hasta 104.000 m3) en el brazo izquierdo de la isla de Tordera.
∑ 1975-80: grandes extracciones de áridos.
∑ 1976: en este contexto, acondicionamiento y limpieza del brazo derecho de la isla de Tordera (>40.000 m3 de material extraído).
∑ 1979: comienzan las dos mayores extracciones de áridos, aguas abajo y aguas arriba del puente de la carretera NII, evaluadas al cabo de 9 años de explotación en unos 2 millones de m3.
∑ hacia 1979-81: obras de encauzamiento en la zona de la isla de Tordera.
∑ 1982 (15 a 17-II): la segunda avenida en im-portancia, seguida de otra en marzo y otra en noviembre.
∑ 1982-83: gran número de proyectos y obras de reparación.
∑ 1988: prohibición de las extracciones de áridos dentro y fuera del cauce.
∑ 1992: construcción de la estación de aforos de Can Simó.
∑ Años 90: protección de la cimentación del puen-te de la autopista A7.
Como causas del fuerte descenso del fondo del río Tordera en el periodo 1960-2000 pueden citarse al menos las siguientes: 1) los cambios en el uso del suelo de la cuenca, 2) las extracciones de áridos y 3) las obras de encauzamiento y las obras viarias que han ocupado parte del espacio fluvial. Todas ellas presentan el común denominador del desequilibrio sedimentario. Las avenidas en el mismo periodo podrían considerarse más bien como los agentes capaces de producir cambios en poco tiempo, pero señalemos igualmente que los cambios de perfil (y la incisión de un río) pueden estar más relacionados con su caudal dominante que con las avenidas.
Se ha calculado el caudal dominante por me-dio del concepto de caudal de cauce lleno, pese a las fuertes incertidumbres causadas por la intervención antrópica en el río. Para el cálculo se ha realizado la topografía de 26 secciones transversales del cauce principal actual para determinar el caudal que llena el cauce (Rovira, 2001). Por otro lado se usan los datos de caudal medio diario de una serie 60 años en Sant Celoni (fig.1) para obtener caudales de pe-riodos de retorno pequeños, los cuales se extienden a lo largo del río admitiendo una proporción entre el caudal y el área contribuyente elevada a la po-tencia 3⁄4 (Leopold et al. 1964). Es de destacar los distintos periodos de retorno que resultan para el caudal dominante (de cauce lleno): para el tramo medio 2,5 años y para el tramo bajo 1,5 años.
Volviendo a las causas de la incisión, los cambios de uso del suelo merecerían una investi-gación más profunda. Es posible que el abandono de tierras agrícolas y el avance de la superficie arbolada haya producido en las últimas décadas un déficit de material sólido en los ríos de la cuenca.
Las obras de encauzamiento y las obras viarias han tenido sin duda un efecto sobre el equilibrio del río. Recordemos que el estrecha-miento de un cauce induce una erosión general en el tramo estrechado, que se propaga hacia aguas arriba en principio indefinidamente. Por ejemplo, como se ha indicado, en 1970-71, hacia la coor-denada 6.000 (aguas abajo del puente de la N-II) una longitud de 2000 m de cauce vio reducida su anchura de 240 a 140 m. Si suponemos avenidas de 3 m de calado antes de las obras de estrecha-miento, se predecirían erosiones del orden de 1.30 m usando una expresión de erosión de equilibrio en estrechamientos largos (Martín-Vide 2002). Estas erosiones son las de equilibrio si la acción es duradera. Los agentes en estos procesos de erosión son las avenidas que hubieran ocupado en condiciones normales la anchura completa y que se ven ahora constreñidas a circular por el cauce estrechado. Ahora bien, la duración real de estas avenidas no es indefinida como para considerar que se alcanza la erosión de equilibrio, aunque una serie de avenidas puede producir el mismo resultado por la acumulación de efectos; a este respecto es necesario recordar el gran número de avenidas en los años 60 (aunque se producen antes de las obras que hemos mencionado) y las grandes avenidas de 1971 y 1982.
Es interesante ver la evolución temporal del fenómeno de erosión general del río Tordera, re-sumido en los descensos en los puentes (tabla 3). En los 15 años de 1973 a 1987, época de enormes extracciones de áridos y cuando ya estaban ejecu-tadas las obras señaladas, se tienen los mayores descensos. Nótese que el orden de magnitud de los descensos es semejante al calculado más arri-ba como efecto de las obras de estrechamiento. En los siguientes 15 años, parece claro que el proceso sigue activo en la parte aguas arriba del tramo bajo (zona del puente de la autopista A7 y hasta la estación de Can Simó), pero parecería casi frenada aguas abajo (puente N-II). Incluso en la desembocadura parece haber indicios (in-formaciones verbales) de una subida de la cota del lecho.
La acción de extracción de material suelto (áridos) en el cauce del río causa un déficit de transporte sólido hacia aguas abajo y un descenso del nivel de base hacia aguas arriba. Por ello la erosión general que se produce se propaga, a dife-rencia del estrechamiento, en las dos direcciones: aguas arriba y aguas abajo. También a diferencia del estrechamiento, no es necesario pensar en las avenidas como agente exclusivo de estos cambios, sino que caudales menores pueden también ser importantes. En ocasiones, las extracciones en el río Tordera se han hecho restando en primer lugar un área al río, para luego excavar en ella, fuera del nuevo cauce estrechado. En este caso, las obras y las extracciones serían una misma acción.
Cuando la acción es la extracción de áridos, es posible que a medio o largo plazo el proceso se frene o incluso se invierta, si el río aporta suficien-te masuficien-terial sólido. A essuficien-te respecto el tramo bajo del Tordera puede considerarse como un almacén del material arenoso de dos afluentes principales: Arbúcies y Santa Coloma (Batalla et al, 1995). Nótese también que el descenso de cotas de fondo en el río induce un aumento de pendiente en los afluentes (por descenso de su nivel de base en su desembocadura), descenso comprobado por ejem-plo en los puentes de la riera de Arbúcies. Este aumento de pendiente incrementa la capacidad de transporte de los afluentes, es decir es como si, hipotéticamente, la red de drenaje reaccionara intentando aportar más material sólido al río prin-cipal que sufre el descenso.
La acción conjunta de las obras y de las ex-tracciones de áridos no permite distinguir sus efec-tos en el proceso de erosión general por separado. La opinión general indica que son las extracciones de áridos la causa principal de la erosión en el río, quizá porque su efecto parece obvio. Si ésta es la causa principal podemos tener una mayor esperan-za en la recuperación del río.
Análisis de la erosión transitoria
El caudal máximo en el periodo entre junio-97 y junio-99, de 77 m3/s, y el máximo del periodo
de junio-99 a julio-02, de 206 m3/s, se utilizan
pa-ra deducir la erosión tpa-ransitoria por distintos méto-dos y poderla comparar con la medida en campo. Los métodos consisten en comparar la velocidad media del flujo con una velocidad de equilibrio del fondo en presencia de transporte sólido. Si la primera es mayor que la segunda, el fondo des-ciende tanto como sea necesario para igualarlas,
ya que el significado de “equilibrio” es el de un flujo que mantiene el fondo en una posición fija (es decir es incapaz de seguir causando erosión del fondo). El método de Lischtvan-Lebediev puede resumirse en la siguiente expresión (Schreider et al, 2001):
y´ = 0.333 q0.710 D -0.199 (1)
donde y´ es el calado erosionado (en m), q el caudal unitario (velocidad por calado, o bien caudal total dividido por anchura, en m2/s) y D el tamaño de
grano característico, en m (aquí usamos D50). La
erosión es el calado erosionado menos el calado ini-cial, e = y´-y. También usamos un segundo método, llamado “de velocidad crítica y agua clara” (Martín-Vide, 2002), más apropiado en principio para cauces de gravas, que consiste en suponer que la velocidad de equilibrio es igual a la velocidad de principio del movimiento, como si no hubiera transporte sólido. El principio del movimiento es también llamado condición crítica del fondo y el hecho de suponer que no hay transporte sólido se conoce como hipóte-sis de agua clara; de ahí el nombre del método. Este método se puede resumir en la fórmula siguiente para la velocidad crítica (en m/s):
vcr = 21 (Rh/D50) 1/6 (0.0924 D84)1/2 (2)
donde Rh es el radio hidráulico (en m) y D84 es el
diámetro (en m) tal que el 84% del material de la muestra es más fino.
Después del reconocimiento de campo de 1999 de los testigos de carbón, sólo la primera sección (sección A, fig.1) había tenido una erosión transitoria apreciable, de 69, 67, 40 y 72 cm en sus 4 testigos. Después de la segunda campaña de 2002, en la misma sección es donde se han encontrado las erosiones transitorias más importantes de 103, 106, 78 y 18 cm. En la fig. 7 se representa esta sección, en la que se dibujan los perfiles topográficos de 1997, 1999 y 2002 y la altura de columna de carbón que ha desaparecido en cada uno de los dos periodos (las cifras anteriores). Puede observarse que el nivel medio del fondo antes y después de las crecidas (o al principio y fin de los periodos) es semejante, a pesar de las irregularidades. Esta condición está favoreci-da en el caso de la sección A por la solera de hormi-gón de la estación de Can Simó, situada a unos 200 m aguas abajo. Obsérvese también la asimetría de la sección debido a estar en una curva (el lado exterior, margen izquierda, es más hondo). Los resultados de la aplicación de los métodos de cálculo de la erosión general transitoria, en comparación con estos datos de campo se presentan en la tabla 4.
y calculadas en el tramo bajo del río Tordera entre 1999 y 2002.
En la tabla hay un solo valor calculado para todos los puntos de una sección, cada uno de los cuales es una columna de carbón, porque no tene-mos datos de campo de la distribución transversal del caudal unitario (o de la distribución de las velo-cidades) en las crecidas, sino sólo del caudal total. Para el cálculo se ha supuesto un régimen uniforme, con los coeficientes de Manning consistentes con el resto del trabajo. Obsérvese que las erosiones medi-das en el segundo periodo son mayores que las del primero. Salvando la contribución de la curvatura del emplazamiento en la erosión, puede conside-rarse que el método de Lischtvan-Lebediev ofrece pronósticos de erosión general transitoria bastante correctos. No obstante, los resultados son inferiores a las observaciones, lo que concuerda con Schreider et al (2001) quienes señalan que el método subesti-ma la erosión general con transporte de sedimentos cuando el calado es inferior a 5 m. El método de velocidad crítica y agua clara, por su parte, daría siempre resultado nulo. Por tanto, este método que-da por debajo de la realique-dad y no sería aplicable a un río como el Tordera en su tramo bajo, caracterizado por un tamaño medio del orden de 2-3 mm.
Análisis de las formas de fondo
Se presenta en este apartado un análisis de sucesos de avenida, de los que se desprende la constatación del efecto de las formas de fondo sobre la resistencia al flujo. El análisis se basa en la hipótesis de que el caudal medido en Can Simó es el mismo que el que circula poco más tarde por Can Serra. Por tanto se supone que: 1) no hay aportaciones intermedias entre una y otra estación; 2) no hay laminación apreciable entre una y otra estación, distantes 3.5 km, es decir no hay capaci-dad de almacenamiento entre ellas (ya que no hay desbordamiento sobre la llanura de inundación en los sucesos analizados, porque el río está encau-zado con un cauce de gran capacidad) y 3) no hay infiltración apreciable en el cauce entre una y otra estación. Esta última hipótesis es la más difícil de admitir atendiendo al carácter permeable del lecho aluvial del tramo bajo de la Tordera. Se admite,
pues, que el hidrograma de Can Simó es el mismo de Can Serra con la debida traslación temporal.
Al conocer el caudal y el calado a lo largo de una crecida en Can Serra (hidrograma y limnigra-ma), se deduce por cálculo el valor del coeficiente de rugosidad de Manning, que llamaremos “ob-servado”, a lo largo del tiempo. En este cálculo se emplea la fórmula de Manning y un valor invaria-ble de la pendiente (0,24%). Como referencia, el valor del coeficiente de rugosidad debida al grano es n0=0,019, según la fórmula de Strickler a partir
del D50 en la sección de Can Serra. Si el calado
en Can Serra fuera menor que el explicable por la fórmula de Manning con n0=0,019, sería necesario
suponer que simultáneamente existiría un des-censo del fondo (erosión general transitoria) que contribuye a dar más área de flujo; este hecho se manifestaría en valores “observados” de n bajos, menores que n0. Si, por el contrario, el calado en
Can Serra fuera mayor que el explicable por la fórmula con n0=0.019, sería necesario suponer la
presencia de formas de fondo que incrementan la rugosidad; esto se manifestaría en valores “obser-vados” de n altos, mayores que n0.
El suceso del 16-I-2001 se considera el más preciso porque se conoce bien el cero de los ni-veles. Además es un suceso muy conveniente porque la forma de los limnigramas es muy aguda. La traslación temporal se efectúa simplemente llevando a coincidir los picos del hidrograma y el limnigrama. La fig. 8 es el resultado del cál-culo: se representan en una sola figura temporal los limnigramas en Can Simó y Can Serra, que son ambos medidas de campo en dichas estacio-nes de aforo, y el valor deducido del coeficiente de rugosidad de Manning (n), comparado con el valor de la rugosidad debida al grano (n0=0,019).
El limnigrama de Can Simó se dibuja antes de la traslación temporal. Obsérvese que el diagrama del coeficiente n de Manning está en sincronía con el limnigrama en Can Serra. La rugosidad n se encuentra siempre muy por encima de 0,019, con valor promedio de 0,042 y máximo de 0,055. Se observa también una correspondencia entre las fases de la crecida y las fases de la variación de n: subida rápida y descenso suave.
La conclusión global es que las formas de fondo son muy importantes en el río Tordera. A propósito de esta conclusión, se ha aplicado el método de Alam y Kennedy (Garde y Ranga Raju, 1977) de estimación de la rugosidad combinada de grano y formas de fondo en lechos aluviales.
Lugar Erosión por carbón 97-99 (m) Lischtvan-Lebediev (m) vel.cr.y agua clara (m) Erosión por carbón 99-02 (m) Lischtvan-Lebediev (m) vel.cr.y agua clara (m) sección punto 1 1 0,69 0,19 0 1,03 0,58 0 2 0,67 1,06 3 0,40 0,78 4 0,72 0,18
Para el suceso del 16-I-2001 resultaría un coefi-ciente 0,042 al principio de la crecida, 0,046 en el pico y 0,044 al final de la crecida, sólo ligeramente menor que los coeficientes observados (cuya me-dia era 0,042).
Figura 7. Perfiles transversales de la sección A al inicio y final del periodo (a) Junio de 1997-Junio de 1999 (arriba) y (b) Junio de 1999-Julio de 2002 (abajo). Entre el inicio y el final hay zonas de erosión y otras de sedimentación. En trazo grueso vertical se señalan las columnas de carbón desaparecidas y repuestas (erosión transitoria). Se dibuja la superficie libre del agua calculada aproximadamente desde la condición de contorno de la estación de aforos de Can Simó, que se encuentra a unos 200 m aguas abajo, para la máxima avenida de cada periodo. Las cotas son relativas al punto de estacionamiento topográfico. La mar-gen derecha se dibuja a la derecha del gráfico.
El valor medio del coeficiente de rugosidad de este suceso, n = 0,042, se ha usado en el apar-tado anterior para el análisis de los datos de los testigos de carbón. Obsérvese por otra parte que en el análisis de este apartado se ha supuesto que el fondo no se erosiona. Si se hubiese rebajado el fondo según el método de Lischtvan-Lebediev, los coeficientes de rugosidad de Manning necesarios para explicar los niveles de agua en Can Serra ha-brían resultado todavía más elevados. Entonces se produce la paradoja de que con tales coeficientes el método de Lischtvan-Lebediev habría dado ero-sión menor o incluso nula. Esto nos haría dudar de la erosión transitoria, pero en la fig. 7 observamos que la pérdida de partes de la columna de carbón
no puede explicarse por ejemplo por los cambios accidentales de posición del cauce principal del río, sino por un fenómeno diferente que hizo des-cender el fondo en toda la sección de una manera general y que asociamos con el suceso máximo en el periodo (16-I-2001).
Figura 8. Niveles de lámina de agua (y) y valores del coefi-ciente de rugosidad (n) en la crecida del 16-I-2001 en la estación de aforos de Can Simó. El cero temporal son las cero horas del 14 de enero de 2001.
Teniendo en cuenta que la erosión general transitoria es real, pero que también son reales los valores máximos de n y que éstos indican la pre-sencia de “grandes” formas de fondo, la paradoja se puede resolver si la erosión del fondo es el producto del movimiento de las formas de fondo. El movi-miento hacia aguas abajo de las dunas causaría, al pasar el valle de la duna por los puntos de medida (columnas de carbón), una erosión igual a la altura de duna con respecto al plano de las crestas, o igual a la mitad de la altura de duna con respecto al plano medio del fondo. En la fig.9 se muestra un esque-ma para ilustrar la idea. Estos descensos del fondo serían sin embargo escasos comparados con los me-didos. Por tanto habría que admitir que también el nivel medio del fondo desciende (además de ondu-larse), es decir que existe una erosión general. Este hecho exigiría dunas un poco mayores para alcan-zarse los valores de n necesarios según los niveles medidos. Con esta explicación se hace compatible la erosión general y las formas de fondo.
Figura 9. Esquema de forma del fondo y flujo en una duna, para explicar conjuntamente las interacciones entre el ni-vel, el caudal y la erosión del fondo en un lecho fluvial.
b) -4.25 -4.00 -3.75 -3.50 -3.25 -3.00 -2.75 -2.50 -2.25 -2.00 -1.75 -1.50 -1.25 -1.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Distancia (m) Cota (m)
jun-99 jul-02 carbón Nivel en avenida
a) -3.50 -3.25 -3.00 -2.75 -2.50 -2.25 -2.00 -1.75 -1.50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Distancia (m) Cota (m)
jun-97 jun-99 carbón nivel avenida
0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 t (h) y (m) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 rugosidad, n Can Simó Can Serra n n0 superfie libre valle cresta
carbón tren de dunas v’ y
0,1y 0,1y 0,2y
Las principales conclusiones que se derivan de este estudio son:
∑ se ha constatado la peculiar composición granu-lométrica del río, que pasa en pocos kilómetros de ser esencialmente un río de gravas gruesas (la coraza) y finas (el material bajo la superfi-cie, de 7 mm) en el tramo medio, a ser uno de arenas gruesas (2 mm) en el tramo bajo. ∑ se ha probado que el cauce desde el puente de
la autopista A7 hasta el mar ha descendido de 2,5 a 3,2 m en los últimos 40 años. Se trata de una erosión permanente o acumulada a lo largo de los años. Si bien no se puede afirmar que el proceso de descenso (incisión) haya terminado, sería lógico esperar que la prohibición de las extracciones de árido invierta la tendencia en el futuro, ya que ésta ha sido una de las causas probables (aunque no la única) de este fenóme-no en los últimos 30 años.
∑ se ha probado que el cauce puede experimentar erosiones generales transitorias importantes en crecidas; de hecho con la avenida de enero de 2001 se ha encontrado una fluctuación del fon-do superior a 1m en algunos puntos del cauce bajo. Estos datos permiten proponer ecuaciones de cálculo de la erosión transitoria, como la de Lischtvan-Lebediev.
∑ los tramos arenosos del río desarrollan en cre-cida formas de fondo que pueden elevar su co-eficiente de rugosidad de Manning por encima de 0,040.
Finalmente, sería de mucho interés observar la evolución futura del río Tordera en cuanto a la movilidad que ha sido nuestro objeto de estudio, en particular la evolución de la erosión general y la transitoria. Gracias a las instalaciones existen-tes y usadas en este estudio (columnas de carbón, estaciones de aforo), el río Tordera se podría constituir en un cauce de estudio de fenómenos de movilidad aluvial.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos la colaboración de los señores Lorenzo Correa, Lluis X. Godé y Enrique Velasco, de la Agencia Catalana de l’Aigua, y de Eduardo García, MªCarmen Molina y Allen Bateman.
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coeficiente de rugosidad de Manning caudal unitario (por unidad de anchura)
radio hidráulico (área de flujo /perímetro mojado) velocidad crítica o de inicio del movimiento de un fondo aluvial
calado del flujo calado erosionado
